С.Л. Толстой полагал, что в фамилии Вронского отозвалась известная фамилия Воронцовых. Эта фамилия мелькнула в заметке Пушкина «На углу маленькой площади» («…женат, кажется, на Вронской»). В последнее время большое распространение получила версия о том, что прототипом Вронского был Н.Н. Раевский, полковник, доброволец, сражавшийся в Сербии и погибший возле города Алексинац. Однако эта версия не находит подтверждения: ни в черновиках романа, ни в дневниках, ни в письмах Толстого имя Н.Н. Раевского не упоминается. Скорее всего, это одна из литературных легенд, возникшая в среде русских офицеровдобровольцев, что само по себе указывает на огромную силу типического обобщения, достигнутого Толстым в характере Вронского. Заслуживает внимания и догадка, высказанная Дмитрием Стремоуховым в докладе на конференции в Венеции в 1960 году, посвященной Толстому, – что прообразом Вронского был известный поэт А.К. Толстой. Дело не только в сходстве имен и званий: граф Алексей Кириллович Вронский был флигельадъютантом, так же как граф Алексей Константинович Толстой. В черновиках романа Толстой называл Вронского поэтом: «Ты нынче увидишь его. Вопервых, он хорош, вовторых, он джентльмен в самом высоком смысле этого слова, потом он умен, поэт и славный, славный малый» (20, 110). При этом надо иметь в виду, что Толстой относился к стихам А.К. Толстого примерно так же, как он относился к живописи Вронского. В 1862 году А.К. Толстой женился на С.А. МиллерБахметьевой, которая ради него покинула мужа и семью. История эта наделала много шума в свете. Она была хорошо известна Льву Николаевичу, который к тому же состоял в родстве с А.К. Толстым. Можно указать также на прямые отголоски лирики А.К. Толстого в романе «Анна Каренина».

В характере Николая Левина Толстой воспроизвел многие существенные черты натуры своего родного брата – Дмитрия Николаевича Толстого. В юности он был аскетичен и строг, и в семье его прозвали Ноем. Затем произошел перелом в жизни Дмитрия. «Он вдруг стал пить, курить, мотать деньги и ездить к женщинам. Как это с ним случилось, не знаю, – рассказывал Толстой, – я не видел его в это время… И в этой жизни он был тем же серьезным, религиозным человеком, каким он был во всем. Ту женщину, проститутку Машу, которую он первую узнал, он выкупил и взял к себе… Думаю, что не столько дурная, нездоровая жизнь, которую он вел несколько месяцев в Москве, сколько внутренняя борьба укоров совести, – сгубили сразу его могучий организм».

Старый князь Щербацкий, по наблюдениям современников, был похож на Сергея Александровича Щербатова, директора лосиной фабрики в Москве. К одной из его дочерей, княжне Прасковье Сергеевне Щербатовой, Толстой был неравнодушен в молодости. «В описании семьи Щербацких есть и черты семьи Берсов… – пишет С.Л. Толстой. – Однако семья Берсов не принадлежала к московскому высшему дворянскому обществу».